人工冻结钙质粘土无侧限抗压强度影响因素试验研究

对典型的钙质粘土进行人工冻土单轴抗压强度试验，分析了强度曲线的特征，得到冻结钙质粘土抗压强度随冻结温度、应变速率的变化规律，及在不同养护时间，尺寸效应的影响规律，其结论对冻结法施工冻结壁设计具有应用价值。     

人工冻土温度场的支持向量机法预测

 在冻结法凿井施工中,及时掌握人工冻土温度场发展,对于优化冻结方案、处理紧急情况有重要的意义。针对新建矿井实测样本较少的特点,利用基于结构风险最小化原理与小样本学习方法-支持向量机算法,建立了人工冻土温度场发展的支持向量机计算模型。采用不同的核函数的支持向量机对人工冻土温度场发展进行对比分析,确定了适合于人工冻土温度场发展计算的核函数。人工冻土温度场支持向量机模型计算结果表明,该方法是一种有效的方法,为人工冻土温度场的计算提供了一条新途径。     

动荷载作用下人工冻土蠕变试验研究及有限元分析

通过室内试验研究获得动荷载作用下人工冻黏土蠕变特性,冻结黏土的动蠕变曲线分为3个阶段:初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和渐进流阶段。依据人工冻土室内动三轴试验结果,基于动力学、连续介质力学和冻土力学原理,建立人工冻土在动荷载作用下的本构模型,即弹-黏弹-黏塑性本构模型。将改进的西原模型成功添加到ADINA软件平台中,利用该模型对人工冻黏土在动荷载作用下的蠕变进行有限元数值仿真,得出的有限元计算结果与试验结果相近。     

冻土单轴蠕变特性下冻结壁的受力与位移分析

基于冻结壁在卸载状态下冻结壁-周围土体共同作用的力学模型,利用冻土蠕变时的本构方程,模拟弹塑性力学的平面应变模型,分析人工冻结壁在井筒短段掘砌开挖过程中的力学特性,并推导出冻结壁的厚度计算公式。通过对实际工程的分析计算验证,该计算方法可应用于冻结壁的设计计算。     

冻土墙墙体时空扩展的材料非线性有限元分析

用于人工冻土墙形成过程相关计算的Sanger—Saylcs经验公式虽然有便于工程使用的优点，但由于该公式是Fourier热传导方程在轴对称条件下的求解结果，与实际工程条件相差甚远。对结构形成过程中的能量计算采用了不合理的温度分布假设，计算结果不能令人满意。而又，该公式只能处理单值的热物理参数问题，因此，这些都限制了公式的应用。运用有限元分析征序，完成了对热物理参数非线性变化的土体材料的人工冻结过程的计算分析，模拟了冻结结构时空扩展过程，深入研究了土体内的温度分布以及能量消耗等具有实际工程意义的问题，在此基础上推厂出的关于冻结过程的能量消耗计算的一般形式，对人工冻土墙的工程设计具有重要的意义。     

陕北地区人工冻土蠕变试验研究

以小纪汗煤矿小苏计井筒检查孔为研究对象,在安徽理工大学冻土实验室内进行试验,根据冻土的单轴抗压强度试验、单轴蠕变试验及其数据分析得到冻土本构关系曲线以及蠕变曲线规律,这对陕北地区矿井井筒的冻结法的设计和施工具有指导意义。     

人工冻土蠕变特性粒子群分数阶导数模型

针对传统整数阶微积分本构关系所需元件多等不足,将分数阶微积分关系运用到人工冻土蠕变计算中。在元件模型基础上,引入分数阶导数,建立稳定蠕变分数阶导数定常蠕变模型。运用粒子群优化方法,通过对不同加载应力下稳态蠕变试验数据建立的蠕变模型参数进行识别,得到蠕变模型的材料参数。通过对比分数阶导数蠕变模型计算值与试验结果,发现分数阶导数蠕变模型能很好地模拟人工冻土的蠕变规律。分数阶导数模型是人工冻土领域计算的一种新方法。     

渗流地层人工冻结温度场和渗流场之数值研究

提出了地层冻结过程的渗流场和温度场的耦合机理和渗透系数的耦合作用，建立了冻土和融土统一的微分方程数学模型，对冻、融土的热参数渗流系数进行了光滑的曲线回归，解决了非线性耦合有限元数值计算难题，实现了渗流地层人工冻结过程的数值仿真技术，数字可视化地研究了在渗流作用下的井筒冻结温度场和渗流场分布和发展规律.     

粘弹塑性冻结壁计算理论研究

通过简单应力状态下冻土蠕变试验的研究,得出两淮地区冻土蠕变可以采用维亚洛夫经验本构模型来描述;由应力强度和应变强度等弹塑性力学概念,建立复杂应力状态下冻土的粘弹性蠕变本构方程,并且采用粘弹塑性理论推导了粘弹区和塑粘区冻结壁的扩展规律,论文公式能对冻结壁应力场和位移场进行粘弹塑性分析,为冻结法凿井工程设计提供参考。     

万福矿深部黏土冻结状态的蠕变性状及其参数

根据万福矿井深部黏性土层冻土的蠕变试验结果,确定出-15℃,-20℃及-25℃冻土温度下深部3层黏性土试样的蠕变参数.对比结果表明,-20℃及-25℃冻土温度下,土的蠕变性明显降低,蠕变幅度达到20%的承压能力高于6 MPa,可以其作为深部黏性土层冻结施工的最低控制标准.     

人工冻结黏土经验模型参数确定及蠕变规律验证

人工冻结法不仅常用于软土、砂层中地铁旁通道开挖及基坑围护等工程,在富水、深厚岩土层矿山井筒建设中也常采用此方法。掌握人工冻土物理力学性质及蠕变规律对安全、快速施工至关重要。对采用冻结法施工的某矿立井深部地层黏土进行-5、-8、-10、-15℃下单轴抗压强度试验及不同应力水平的蠕变特性试验。试验结果表明:抗压强度与冻结温度呈线性相关;在同一试验温度下,随着应力等级升高,轴向变形呈上升趋势;在同一应力水平下,随着试验环境温度下降,轴向变形呈下降趋势。引入考虑温度效应的经验蠕变模型,在各负温及不同应力水平下的应变与时间取对数具有线性关系的基础上,将线性表达式代入对应公式中联立方程组进行求解确定模型参数。将模型计算值与试验数据进行对比,反映出该模型能够较好地模拟人工冻结黏土蠕变初始变形阶段和稳定变形阶段。所建立的模型具有参数较少、易于确定、参数物理意义明确等优点,为冻结壁设计提供了一种有效的计算方法。     

冻结粉质黏土强度同温度和含水率的关系

通过对不同温度、不同含水率下的人工冻结粉质黏土单轴无侧限抗压强度试验,得出其抗压强度随冻结温度和含水率的变化规律,试验结果对冻土工程的设计和施工具有一定的参考价值。     

冻结钙质粘土的强度试验研究

通过对冻结钙质粘土的波速测定,证实随着温度的降低波速增大;波速与试件的密度有关,密度越大,则波速越大.并通过对不同低温下冻结钙质粘土的单轴抗压强度试验,得出其单轴抗压强度和弹性模量随温度的降低而增大.     

安太堡露天矿边坡蠕滑区滑动机理与稳定性分析

针对安太堡露天矿西北帮边坡出现的蠕滑现象,介绍了边坡的工程背景和滑坡现状,结合位移监测数据,研究了边坡蠕滑区滑坡的主要形成因素和滑动机理,简述了蠕滑边坡的失稳预测方法。结果表明：露天矿边坡蠕滑区滑坡机理为前缘沿红黏土顺层持续蠕滑,后缘产生大量拉裂带,中部阻滑段最终被剪断导致边坡产生陡倾切层滑动;持续的强降雨是造成边坡滑坡的主要外在因素,不利的地形与地貌和地质特征与构造是导致边坡蠕滑变形的内在因素;可以通过判定边坡后缘拉裂带的裂缝深度对边坡失稳进行预测。运用基于有限单元法的MIDAS-GTS软件构建了边坡蠕滑区三维地质模型,采用强度折减法计算了边坡稳定系数,并进行了边坡的变形破坏分析和稳定性评价。结果表明：边坡天然状态下稳定系数为1.06,整个边坡蠕滑区处于临界破坏状态;边坡蠕滑区位移自上而下逐渐减小,坡顶最大位移达到0.43 m,位移变化最显著的区域分布于红黏土层,说明其发生了蠕滑变形,并形成了剪切破坏带,与坡顶拉裂带有贯通的趋势,滑坡的可能性较大,应该采取必要的工程防治措施。     

基于Burgers模型的岩盐蠕变参数试验研究

针对岩盐矿地下开采结构参数的时间依赖性,开展岩盐蠕变试验。通过岩盐单轴压缩试验获得其瞬时抗压力学特性,据此设置合理的蠕变压力级别;采用单体多级加载方式进行单轴压缩蠕变试验,获得2组不同埋深岩盐蠕变变形-时间曲线,选取4元件Burgers模型对试验曲线进行拟合分析,得到试验岩盐蠕变特性表征参数。研究结果表明：岩盐单轴压缩强度具有显著的时间弱化性,长期强度小于瞬时强度的70%;Burgers模型能够合理的描述试验岩盐的蠕变变形特征,拟合的蠕变参数能够为地下盐矿采场结构参数的设计提供借鉴。     

基于扰动因子的软岩扰动蠕变本构模型

动力扰动下处于极限强度的深井软岩巷道围岩具有流变变形量大,变形速率快的变形特征,致使软岩巷道支护困难和灾害频发。为了研究软岩在动力扰动下蠕变破坏特征及本构模型,通过自主研制的岩石扰动蠕变实验系统对泥页岩进行了分级加载流变实验,试验结果表明:非稳定蠕变曲线在扰动前后流变变形明显不同,当施加应力水平较小时(处于第Ⅰ,Ⅱ蠕变阶段),每次扰动的瞬间会使岩石应变突变,但突变值随后逐渐回弹,最终岩石变形速率趋于一个稳定值;当应力水平较大时(处于第Ⅰ,Ⅱ蠕变阶段),岩石经过多次扰动后,当积累能量达到岩石破坏能量时,诱使岩石发生加速流变,而原处于蠕变第Ⅲ阶段的岩石的蠕变速率加快,缩短了岩石破坏的时间。基于岩石扰动状态理论,提出一个以扰动能量和扰动次数为自变量的扰动因子函数,以它为权重函数与NRC模型有机结合,建立了软岩流变扰动效应的本构模型并对模型参数进行识别,结果表明理论曲线与实验曲线吻合较好,验证了该模型能够正确性地描述动力扰动下软岩蠕变特征,该成果对于深部地下工程的稳定性研究具有参考价值。     

厚粘土层冻结井壁力学特性的实测研究

立井井筒穿越厚粘土层的施工一直是冻结法凿井的技术难点.通过对厚粘土层冻结井壁力学特性的现场实测,深入分析了井壁压力变化规律、井壁的环向和竖向受力特性.     

考虑矿柱流变效应的采空区力学模型分析

采空区是地下采矿活动中所形成的空洞区。 为预测采空区自稳时间,指导矿山安全生产,本研究以某 钨矿 2 线 0 沿南采空区为工程背景,通过采空区影响因素敏感性分析,基于 Burgers 蠕变模型和弹性薄板模型,构建采 空区三维蠕变力学模型,最后应用 Flac3D 模拟软件,进行采空区自稳流变效应的对比分析。 结果表明:根据构建的采 空区三维蠕变力学模型,推导出了顶板下沉位移量随时间变化的表达式,计算得出该采空区自稳时间为 120. 22 个月, 与采用 Flac3D 软件计算得出的 118. 06 个月自稳时间相近,表明所建立的三维蠕变力学模型能够较好地应用于采空区 自稳时间的预估。